南昌大學(xué)研究生院教學(xué)檔案（專題型教案）課程名稱：生物化學(xué)參考教材：生物化學(xué)（上、下冊(cè)），第三版 沈同、王鏡巖編，高等教育出版社第一專題緒 言教學(xué)基本要求:使學(xué)生了解生物化學(xué)的發(fā)展史，掌握生物化學(xué)的定義、研究?jī)?nèi)容及學(xué)習(xí)方法；理解生物化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系，認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)生物化學(xué)的重要意義；了解生物化學(xué)知識(shí)在生活中的廣泛應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)的興趣。 課時(shí)分配:1-2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：一、生物化學(xué)的概念與研究?jī)?nèi)容生物化學(xué)（Biochemistry）是用化學(xué)的原理和手段研究生命現(xiàn)象，并闡述因果關(guān)系的一門(mén)邊緣學(xué)科。生物化學(xué)也稱生物的化學(xué)（Biological chemistry）或生理的化學(xué)（physiologcal chemistry）。生物化學(xué)的研究對(duì)象是生物體，包括植物、動(dòng)物和微生物。（1）生物體重要化學(xué)組分，尤其是糖、脂、蛋白質(zhì)和核酸生物大分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能。（2）生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝、能量代謝及調(diào)節(jié)方式。（3）生物體遺傳信息傳遞與表達(dá)。（一）生物體重要化學(xué)組分，尤其是糖、脂、蛋白質(zhì)和核酸生物大分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能大量元素：C、H、O、N、P、S、Cl、Mg、K、Na、Ca(生物體組成的99%以上)。微量元素：Fe、Cu、Zn、Mo、Mn、Co、Si、Se、I、Al、B等元素所組成。這些元素通常又以碳為中心形成各種化合物，參與生物體的建成。碳?xì)浠衔镏饕ㄒ韵挛宸N形式：（1）氨基酸以及由其構(gòu)成的肽、蛋白質(zhì)。（2）核苷酸、核酸。（3）糖類及其衍生物。（4）脂類及其衍生物。（5）維生素、激素及其它小分子有機(jī)物。其中，糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸四類化合物只存在于生物體內(nèi)，分子量也很大，因此這些化合物又稱為生物大分子（Biological macromolecue)。（二）生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝、能量代謝及調(diào)節(jié)生物體區(qū)別于非生命物體的一個(gè)最主要特征就是具有新陳代謝作用，即生物體與其外界環(huán)境之間不斷的物質(zhì)的和能量的交換過(guò)程。同化作用異化作用這部分內(nèi)容主要包括：糖代謝、脂代謝、蛋白質(zhì)代謝和核酸代謝、生物氧化和代謝調(diào)節(jié)六專題。（三）生物體遺傳信息傳遞與表達(dá)生物體區(qū)別于非生物物體的另一個(gè)重要特征就是具有自我復(fù)制的能力，即以自身為模板復(fù)制出與自身相同的后代的能力也即繁殖作用。本質(zhì)是遺傳信息在生物體親子代間的傳遞作用。生物化學(xué)按其研究?jī)?nèi)容的不同又可以劃分為：靜態(tài)生物化學(xué)（有機(jī)生物化學(xué)）代謝生物化學(xué)（動(dòng)態(tài)生物化學(xué)）功能生物化學(xué)（機(jī)能生物化學(xué)） （四）生命物質(zhì)的基本特征生命是物質(zhì)的一種特殊存在形式，生命物質(zhì)具有一系列基本特征。（1）生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)遵循普通物理化學(xué)規(guī)律。（2）生物功能分子的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及功能之間具有明顯的相互依存關(guān)系。（3）細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，一切重要功能分子都有明確的細(xì)胞定位。（4）生命是“一致性與差異性”的統(tǒng)一體 1）不同生物體內(nèi)的各類有機(jī)大分子均由相同的單體構(gòu)成。 2）不同生物體內(nèi)各類有機(jī)大分子的代謝均按照相同的方式進(jìn)行。 3）所有生物體均以核酸為遺傳信息載體，并共用一套遺傳密碼。二、生物化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史生物化學(xué)和其他自然科學(xué)一樣，他的產(chǎn)生和發(fā)展主要是由生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究的需要所決定。早期生物化學(xué)發(fā)展的動(dòng)力主要來(lái)自于醫(yī)藥學(xué)及發(fā)酵業(yè)的興起。在西方，十七、十八世紀(jì)工業(yè)革命的興起對(duì)生物化學(xué)的發(fā)展也起著重大的推動(dòng)作用。生物化學(xué)作為一門(mén)科學(xué)，他的發(fā)展大體上可以分成三個(gè)階段。20世紀(jì)之前20世紀(jì)初至50年代20世紀(jì)50年代以后20世紀(jì)之前，本時(shí)期是靜態(tài)生物化學(xué)迅速興起的時(shí)期，主要研究生物體的化學(xué)組成成分的種類、結(jié)構(gòu)、含量、分布。整體上屬于描述性的，在此時(shí)期出現(xiàn)了許多奠基性的重要發(fā)現(xiàn)。1770-1774年 Priestely發(fā)現(xiàn)O2，并證明動(dòng)物消耗O2，植物產(chǎn)生O2。1776-1778年Scheele（舍勒）通過(guò)對(duì)許多天然藥物化學(xué)成分的分析，首次分離得到了乳酸、酒石酸、蘋(píng)果酸、尿酸、甘油等一系列天然有機(jī)物。1779-1796年 Ingen-Housz證明綠色植物產(chǎn)生O2需要光，并證明綠色植物可利用CO2。1780-1789年Lavoisier（拉瓦錫），法國(guó)的一位生物化學(xué)家，第一次發(fā)現(xiàn)動(dòng)物的呼吸作用本質(zhì)就是氧化作用，它和蠟燭的燃燒作用一樣，都是碳?xì)浠衔锏难趸磻?yīng)，并首先認(rèn)識(shí)到乙醇的形成是一系列化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。1854-1864年L.Pasteur證明發(fā)酵是由于微生物活動(dòng)的結(jié)果，推翻了自生論。1864年Hoppe-seyler結(jié)晶出第一種蛋白質(zhì)血紅蛋白。1869年Miescher發(fā)現(xiàn)核酸。1877年Hoppe-seyler首次提出Biochemie，譯成英語(yǔ)是Biochemistry或Biological chemistry將生理化學(xué)改為生物化學(xué)，使生物化學(xué)從生理學(xué)中分離出來(lái)，成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。Hoppe-seyler還首創(chuàng)Proteids譯成英語(yǔ)即Protein，他還創(chuàng)辦了世界上第一本生物化學(xué)方面的雜志生理化學(xué)雜志。因此， Hoppe-seyler是生物化學(xué)的創(chuàng)始人之一。20世紀(jì)初期至50年代 該時(shí)期是新陳代謝過(guò)程研究的全盛時(shí)期，由于酶、激素、維生素等活性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及分離提取，使生物化學(xué)家的研究興趣從此從靜態(tài)轉(zhuǎn)到到了動(dòng)態(tài)，導(dǎo)致了許多新的代謝過(guò)程的被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在人們所知的許多代謝過(guò)程都是在那個(gè)時(shí)期研究清楚的。 1905年，Knoop提出了脂肪酸的-氧化。1912年，Nuberg提出了生醇發(fā)酵的化學(xué)過(guò)程。1933年，Embden-Myerhof證明糖酵解及發(fā)酵化學(xué)歷程中的關(guān)鍵性中間物。1937-1940年，Krebs提出了三羧酸循環(huán)的假設(shè)等。20世紀(jì)50年代以后 這個(gè)時(shí)期是生物大分子結(jié)構(gòu)與功能研究突飛猛進(jìn)的時(shí)期，許多與此有關(guān)的重要成果都是在這個(gè)時(shí)期取得的。1950年P(guān)auling和Corey在X-光衍射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了蛋白質(zhì)的二級(jí)模型學(xué)說(shuō)。1953年Sanger完成了世界上第一個(gè)天然蛋白質(zhì)分子牛胰島素51個(gè)氨基酸序列的分析。同年，Watson和Crick在M.H.F.Wilkins X-光衍射圖譜研究的基礎(chǔ)上提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，由于此貢獻(xiàn)這三人分別獲得了1962年度的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1960年，Kendrew獲得了高分辨率的鯨魚(yú)血紅蛋白結(jié)構(gòu)X-光衍射分析。1961年，Jacob、Monod提出了操縱子學(xué)說(shuō)，并假設(shè)了mRNA的功能，獲得1965年度的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1965年，Holly測(cè)定了酵母丙氨酸t(yī)RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，獲得了1968年度諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1965年，我國(guó)首次在世界上用人工的方法合成了具有天然活性的結(jié)晶牛胰島。1973年，使用0.18um X-光衍射分析法測(cè)定了牛胰島素的空間結(jié)構(gòu)。1975年，Dulbecco Temin和Baltimore在勞氏肉瘤病毒中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1980年，Sanger發(fā)明DNA雙脫氧測(cè)序法，與Gilbert和Berg共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1981年，中國(guó)上海生物化學(xué)研究所的科學(xué)工作者人工全成了具有完全生物活性的酵母丙氨酸t(yī)RNA。1989年，Altman和Cech由于發(fā)現(xiàn)某些RNA具有催化作用（核酶），獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1993年，Robert和Sharp由于發(fā)現(xiàn)斷裂基因，諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Mullis因發(fā)明PCR儀與第一個(gè)設(shè)計(jì)基因突變的Smith共享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1997年，Prusiner由于發(fā)現(xiàn)早老性癡呆癥的病因朊病毒，諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1990年10月：被譽(yù)為生命科學(xué)“阿波羅登月計(jì)劃”的人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project,HGP）啟動(dòng)。項(xiàng)目目標(biāo)是了解人類自身，操縱生命。1998年5月，美國(guó)科學(xué)家建塞萊拉遺傳公司，目標(biāo)是投入3億美元，到2001年繪制出完整的人體基因組圖譜，與國(guó)際人類基因組計(jì)劃展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。2000年6月26日，科學(xué)家公布人類基因組工作草圖。 2001年7月，國(guó)際人類基因組計(jì)劃的科學(xué)家和美國(guó)塞萊拉公司分別宣布將繪制人類基因變異圖譜。1999年7月，中國(guó)科學(xué)院遺傳所人類基因組中心，在國(guó)際人類基因組HGSI注冊(cè)，承擔(dān)了其中1%，即3號(hào)染色體上3000萬(wàn)個(gè)堿基的測(cè)序任務(wù)，使我國(guó)成為繼美、英、德、日、法之后第六個(gè)參與該計(jì)劃的國(guó)家，也是唯一的發(fā)展中國(guó)家。2002年4月3日，中國(guó)科學(xué)家公布水稻基因組工作草圖，水稻基因組有4億3千萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)（約為人的基因組的1/8），12對(duì)染色體，50，000個(gè)基因，我國(guó)科學(xué)工作者承擔(dān)測(cè)序的是4號(hào)染色體，36 Mb(占8%)。繼2001年，人類基因組計(jì)劃，小鼠、大鼠、水稻、擬南芥等模式生物基因組計(jì)劃的完成,生物學(xué)研究了進(jìn)入后基因組時(shí)代。比較基因組學(xué)(comparative genomics)功能基因組學(xué)(functional genomics)蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）RNA組學(xué)(RNomics)代謝組學(xué)（metabonomics）三、生物化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系 （一）生物化學(xué)與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系 發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生命活動(dòng)，生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的工藝過(guò)程。由于原料的投入到產(chǎn)品的形成都是人工控制的條件下，通過(guò)微生物的新陳代謝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在工業(yè)發(fā)酵過(guò)程中，人們之所以能夠獲得多種多樣的產(chǎn)品，關(guān)鍵就是微生物代謝的多樣性、工藝條件的不同性，因此生物化學(xué)知識(shí)對(duì)發(fā)酵工業(yè)來(lái)講是非常重要，它是闡明工業(yè)發(fā)酵機(jī)理、選擇合理工藝條件、指導(dǎo)微生物菌種的選育等都有重要意義。 （二）生物化學(xué)與農(nóng)業(yè)的關(guān)系 生物化學(xué)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有很大使用意義，如弄清楚植物的新陳代謝規(guī)律，我們就可以控制植物的發(fā)育，摸清蛋白質(zhì)、糖、脂等的生物合成規(guī)律，我們就可以控制一定的條件，獲得更多、更優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品。在現(xiàn)代品質(zhì)育種中，也有許多只有通過(guò)生化技術(shù)才能辦到的工作，如農(nóng)作物育種親本的選擇，各種重要成分的測(cè)定、許多遺傳性狀如抗旱型、耐寒性、高產(chǎn)性的鑒定等都可以用生物化學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （三）生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系生物化學(xué)對(duì)于醫(yī)學(xué)研究有極其重要意義，集中體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是闡明疾病發(fā)生機(jī)理，二是提供臨床生化檢驗(yàn)和診斷方法，三是尋找治療方法，四是為新藥設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)等。生物化學(xué)對(duì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)也很重要，如為人類提供合適營(yíng)養(yǎng)是保證人體健康的重要保證，而各種營(yíng)養(yǎng)成分的比例如何，功能如何，過(guò)多過(guò)少會(huì)有什么問(wèn)題等等都可以從生物化學(xué)中找到答案。因此，有人說(shuō)營(yíng)養(yǎng)學(xué)是生物化學(xué)的對(duì)人類的一個(gè)重要貢獻(xiàn)，我覺(jué)得這一點(diǎn)也不夸張。 四、生物化學(xué)學(xué)習(xí)中應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題1.善于記憶、勤于思考 學(xué)習(xí)心理學(xué)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)可以分成為4個(gè)不同的層次，即記住、理解、活用和創(chuàng)新。 2.堅(jiān)持用辨證統(tǒng)一的觀點(diǎn)和唯物辯證的觀點(diǎn)學(xué)習(xí)和分析生物化學(xué)問(wèn)題。 3.要學(xué)會(huì)從生物進(jìn)化和生物體整體觀點(diǎn)看待生物化學(xué)問(wèn)題。 4.學(xué)以致用的原則，理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐技能學(xué)習(xí)并重的原則。思考題1什么是生物化學(xué)？它的研究對(duì)象及主要研究?jī)?nèi)容是什么？ 2生物化學(xué)的發(fā)展大體上經(jīng)歷了哪三個(gè)重要階段？各個(gè)階段的研究重點(diǎn)是什么？ 3生物化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有何重要聯(lián)系？參考書(shū)基礎(chǔ)生物化學(xué)白寶璋等編，延邊大學(xué)出版社出版生物化學(xué)王鏡巖 等譯，科學(xué)出版社出版Principles of Biochemistry(ebook)Molecular cell of biology(ebook) 生物化學(xué)專業(yè)網(wǎng)站1.生物軟件網(wǎng) http:/www.bio-soft.net/2.免疫學(xué)信息網(wǎng)http:/www.immuneweb.com3.DNA from the Beginning http:/www.dnaftb.org/dnaftb/4.BioChemLinks: Biology, Chemistry, and Biochemistry Educationhttp:/biochemlinks.com/bclinks/bclinks.cfm5.PDB files for teaching biochemistry http:/chemistry.gsu.edu/glactone/PDB/6.Biochemistry Teachers http:/www.usm.maine.edu/rhodes/GRHome Page.html7.Access Excellence http:/www.accessexcellence.org/8.Graphics Gallery http:/www.accessexcellence.org/AB/GG/9.生物化學(xué)步進(jìn)教程 http:/ www.dlc.xjtu.edu.cn/第二專題 蛋白質(zhì)化學(xué)教學(xué)基本要求：掌握蛋白質(zhì)的化學(xué)組成、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，熟悉蛋白質(zhì)和氨基酸重要的理化性質(zhì)，了解蛋白質(zhì)的分類和分離純化的手段。課時(shí)安排： 56學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：一、蛋白質(zhì)是生命的表征，哪里有生命活動(dòng)哪里就有蛋白質(zhì)1.酶：作為酶的化學(xué)本質(zhì)，溫和、快速、專一，任何生命活動(dòng)之必須，酶的另一化學(xué)本質(zhì)是RNA，不過(guò)它比蛋白質(zhì)差遠(yuǎn)了，種類、速度、數(shù)量。2.免疫系統(tǒng)：防御系統(tǒng)，抗原（進(jìn)入“體內(nèi)”的生物大分子和有機(jī)體），發(fā)炎。細(xì)胞免疫：T細(xì)胞本身，分化，膿細(xì)胞。體液免疫：B細(xì)胞，釋放抗體，導(dǎo)彈，免疫球蛋白（Ig）。3.肌肉：肌肉的伸張和收縮靠的是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白互動(dòng)的結(jié)果，體育生化。4.運(yùn)輸和儲(chǔ)存氧氣：Hb和Mb。5.激素：含氮類激素，固醇類激素。6.基因表達(dá)調(diào)節(jié)：操縱子學(xué)說(shuō)，阻遏蛋白。7.生長(zhǎng)因子：EGF（表皮生長(zhǎng)因子），NGF（神經(jīng)生長(zhǎng)因子），促使細(xì)胞分裂。8.信息接收：激素的受體，糖蛋白，G蛋白。9.結(jié)構(gòu)成分：膠原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（頭發(fā)、指甲），膜蛋白等。生物體就是蛋白質(zhì)堆積而成，人的長(zhǎng)相也是由蛋白質(zhì)決定的。10.精神、意識(shí)方面：記憶、痛苦、感情靠的是蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化，蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類是目前熱門(mén)課題。11.蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)？只有不確切的少量證據(jù)。如庫(kù)魯病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。二、構(gòu)成蛋白質(zhì)的元素構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要元素有C、H、O、N、S 5種，其中N元素的含量很穩(wěn)定，16，因此，測(cè)定樣品中氮元素的含量就能算出蛋白質(zhì)的量。三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次1一級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中氨基酸的線性排列順序。2二級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)主鏈局部有規(guī)則的空間排布方式。3三級(jí)結(jié)構(gòu)：肽鏈在空間的折疊和卷曲形成的形狀，所有原子在空間的排布。4四級(jí)結(jié)構(gòu)：多條肽鏈之間的作用。第一節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位一、氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：P50-碳原子，-羧基，-氨基氨基酸的構(gòu)型：自然選擇L型， D型氨基酸沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，僅存在于纈氨霉素、短桿菌肽等極少數(shù)寡肽之中，沒(méi)有在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。二、氨基酸的表示法生物體中有20種基本氨基酸（合成蛋白質(zhì)的原料），還有其它非基本氨基酸，20種基本氨基酸的表示方法有下列幾種：1 中文名：X（X）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸。20種要會(huì)背。2 英文名：3字名，如Gly、Cys等，20種要會(huì)背。三、氨基酸的具體結(jié)構(gòu)：20種全部記住，僅注意R。四、氨基酸的分類1.結(jié)構(gòu)上（1）脂肪族氨基酸：酸性氨基酸（2羧基1氨基：Glu、Asp），堿性氨基酸（2氨基1羧基：Arg、Lys），中性氨基酸（氨基羧基各一：很多）（2）芳香族氨基酸：含苯環(huán)：Phe、Tyr（3）雜環(huán)氨基酸： His（也是堿性氨基酸）、Pro、Trp2. R基的極性（1）極性氨基酸：親水氨基酸：溶解性較好，酸性氨基酸、堿性氨基酸、含巰基、羥基、酰胺基的氨基酸，Glu、Asp、Arg、Lys、His、Cys、Ser、Thr、Tyr、Gln、Asn（2）非極性氨基酸：疏水氨基酸：溶解性較差，具有烷烴鏈、甲硫基、吲哚基等的氨基酸，Gly、Ala、Leu、Ile、Val、Pro、Met、Trp3營(yíng)養(yǎng)價(jià)值（1）必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能從食物中補(bǔ)充，共有8種：Leu、Lys、Met、Phe、Ile、Trp、Thr、Val（2）半必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物雖然能夠合成，但數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到機(jī)體的需求，尤其是在胚胎發(fā)育以及嬰幼兒期間，基本上也是由食物中補(bǔ)充，只有2種：Arg、His。有時(shí)也不分必需和半必需，統(tǒng)稱必需氨基酸，這樣就共有10種。記法：Tip MTV Hall（3）非必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物能夠合成，能滿足機(jī)體需求的氨基酸，其余10種從營(yíng)養(yǎng)價(jià)值上看，必需>半必需>非必需五、非基本氨基酸1氨基酸的衍生物：蛋白質(zhì)化學(xué)修飾造成的，有P-Ser、P-Thr、P-Tyr、OH-Pro、OH-Lys，最為重要的是Cyss胱氨酸，是由2分子Cys通過(guò)二硫建連接起來(lái)的，P542非蛋白氨基酸：僅游離存在，瓜氨酸、鳥(niǎo)氨酸、-丙氨酸3D-氨基酸：纈氨霉素、短桿菌肽中含有。六、氨基酸的性質(zhì)1物理性質(zhì)（1）紫外吸收：有共軛雙鍵的物質(zhì)都具有紫外吸收，在20種基本氨基酸中，有4種是具有共軛雙鍵的，Trp、Tyr、Phe、His，其中His只有2個(gè)共軛雙鍵，紫外吸收比較弱，Trp、Tyr、Phe均有3個(gè)共軛雙鍵，具有較強(qiáng)的紫外吸收，其中Trp的紫外吸收最厲害，是蛋白質(zhì)紫外吸收特性的最大貢獻(xiàn)者，此3種氨基酸的紫外吸收特點(diǎn)如下： 氨基酸最大吸收波長(zhǎng)（nm）消光系數(shù)(A/Mol/L）Phe2572102Tyr2751.4103Trp2805.6103 （2）旋光性：僅Gly不具旋光性，其它19種都有，且自然選擇為L(zhǎng)-型。（3）溶解性：溶解于水，特別是稀酸稀堿溶液，不溶于乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑。（4）熔點(diǎn)：均大于200，也就是說(shuō)氨基酸都是固態(tài)，而同等分子量的其它有機(jī)物則是液態(tài)，這說(shuō)明了氨基酸與氨基酸之間的結(jié)合力很強(qiáng)，是離子鍵，即氨基酸是以離子狀態(tài)存在的，而不是以中性分子存在的。2.化學(xué)性質(zhì)（1）解離和等電點(diǎn)：氨基酸是個(gè)兩性電解質(zhì)，既可進(jìn)行酸解離也可進(jìn)行堿解離，用解離方程式表示就是：見(jiàn)P57，這樣，氨基酸在水溶液中就可能帶電，+或-，以及呈電中性，到底是什么情況，完全由溶液的PH值來(lái)決定。等電點(diǎn)：如果調(diào)節(jié)溶液的PH值使得其中的氨基酸呈電中性，我們把這個(gè)PH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)：PI。PI是氨基酸的重要常數(shù)之一，它的意義在于，物質(zhì)在PI處的溶解度最小，是分離純化物質(zhì)的重要手段。（2）等電點(diǎn)的計(jì)算：對(duì)于所有的R基團(tuán)不解離的氨基酸而言（即解離只發(fā)生在-羧基和-氨基上），計(jì)算起來(lái)非常簡(jiǎn)單：PI（PK1+PK2）/2若是碰到R基團(tuán)也解離的，氨基酸就有了多級(jí)解離，這個(gè)公式就不好用了，比如Lys、Glu、Cys等。在這種情況下可以按下面的步驟來(lái)計(jì)算：1）由PK值判斷解離順序，總是PK1< PK2< PK3<，即誰(shuí)的PK值小，誰(shuí)就先解離。2）按照解離順序正確寫(xiě)出解離方程式：簡(jiǎn)式，注意解離基團(tuán)的正確寫(xiě)法。3）找出呈電中性的物質(zhì)，其左右PK值的平均值就是氨基酸的等電點(diǎn)：PI（PK左+PK右）/2（3）等電點(diǎn)的測(cè)定：等電聚焦法：這是一種特殊的電泳，其載體上鋪有連續(xù)的PH梯度的緩沖液，然后將氨基酸點(diǎn)樣，只要該處的PH與氨基酸的PI不同，則氨基酸就會(huì)帶電，PH值>PI時(shí)，氨基酸帶-電；PH值<PI時(shí)，氨基酸帶+電。通電后，氨基酸就會(huì)移動(dòng)，直到某處的PHPI，氨基酸才呈電中性，不再移動(dòng)，因此，可以測(cè)出PI。 （4）氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)（參見(jiàn)教材）第二節(jié) 肽氨基酸肽與肽鍵氨基酸的羧基與另一氨基酸氨基脫水縮合形成的化合物就是肽，其實(shí)就是一種酰胺化合物，其酰胺鍵就是肽鍵，它的特點(diǎn)是剛性平面、反式構(gòu)型。見(jiàn)補(bǔ)頁(yè)。肽中的氨基酸叫氨基酸殘基，幾個(gè)氨基酸殘基就叫幾肽。二、肽的種類寡肽：2-10，無(wú)構(gòu)象，谷胱甘肽是3肽多肽：10-50，介于之間，胰高血糖素是29肽蛋白質(zhì)：50以上，有特定的構(gòu)象，胰島素是51肽三、肽的表示法N端、C端的概念：肽鏈的兩個(gè)端點(diǎn)，N端的氨基酸殘基的-氨基未參與肽鍵的形成，C端的氨基酸殘基的-羧基未參與肽鍵的形成。寫(xiě)法和讀法：規(guī)定書(shū)寫(xiě)方法為N端C端，例如：Ala-Gly-Phe，讀作：丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。注意有時(shí)會(huì)看到一些奇怪的寫(xiě)法，比如：NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或H-Ala-Gly-Phe-OH，均屬于畫(huà)蛇添足，但Ala-Gly-Phe- NH2則表示C端被酰胺化了。若有必要從C端N端寫(xiě)，則必須標(biāo)明，如（C）Phe- Gly Ala（N）四、肽的性質(zhì)1.酸堿性：肽至少有一個(gè)游離的氨基和游離的羧基，也是兩性化合物，至少有2級(jí)解離，通常都有多級(jí)解離。因此，肽在水溶液中也能夠帶電，也有自己的等電點(diǎn)PI，其計(jì)算與測(cè)定完全同氨基酸的。例如：谷胱甘肽，Glu-Cys-Gly，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)P72，注意Glu-Cys之間的肽鍵（-，而不是正常的-），各解離基團(tuán)的PK值見(jiàn)P72，PI（2.13+2.34）/22.235，很酸。2.雙縮脲反應(yīng)：見(jiàn)筆記P33，雙縮脲（相似于三肽，即2個(gè)肽鍵）、堿性銅離子、紫紅色化合物。凡大于三肽的肽都能發(fā)生此反應(yīng)，2肽不行。3.水解反應(yīng)：肽可以被酸、堿、酶所水解，其優(yōu)劣性如下：（1）酸水解：濃酸（6N以上，解釋一下NM/價(jià)），高溫（110以上），長(zhǎng)時(shí)（24-36小時(shí)），污染，Trp遭到破壞，不消旋，水解徹底（2）堿水解：濃堿（6N以上），高溫（100以上），6小時(shí)，污染，含-OH和-SH的氨基酸均遭到破壞，Ser、Thr、Tyr、Cys，消旋，水解徹底。（3）酶水解：胰酶，常溫常壓，常PH，不消旋、不破壞、不徹底。常用的蛋白酶，即工具酶：外切酶：氨肽酶：從N端開(kāi)始一個(gè)個(gè)水解肽鍵 羧肽酶：從C端開(kāi)始一個(gè)個(gè)水解肽鍵：羧肽酶A：Arg、Lys、Pro除外的氨基酸殘基羧肽酶B：僅Arg、Lys羧肽酶C：所有的氨基酸殘基內(nèi)切酶：胰蛋白酶：僅作用于Arg、Lys的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。產(chǎn)物為C端Arg、Lys的肽鏈。 糜蛋白酶：僅作用于含苯環(huán)的氨基酸的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。 Trp、Tyr、Phe，產(chǎn)物為C端Trp、Tyr、Phe的肽鏈。五、肽的實(shí)例1.谷胱甘肽：其結(jié)構(gòu)見(jiàn)P72，注意Glu與Cys的連接（-，而不是正常的-），還原型GSH和氧化型GSSG，多種酶的激活劑，參與體內(nèi)多項(xiàng)代謝，主要作用是還原劑，消除體內(nèi)的自由基（過(guò)氧化物，抽煙，黑坳）。2.催產(chǎn)素和加壓素：9肽或環(huán)8肽，都是腦垂體后葉激素，都有升血壓、抗利尿、刺激子宮收縮、排乳的作用，催產(chǎn)素促進(jìn)遺忘，加壓素增強(qiáng)記憶。3.短桿菌肽和纈氨霉素4.促甲狀腺素釋放因子：TRF，是個(gè)三肽，TRF促甲狀腺素甲狀腺素5.胰高血糖素：29肽，升高血糖，作用同腎上腺素。第三節(jié) 蛋白質(zhì)氨基酸種類和性質(zhì)1.種類（1）組成上分：簡(jiǎn)單蛋白：僅由氨基酸構(gòu)成；結(jié)合蛋白：簡(jiǎn)單蛋白與其它生物分子的結(jié)合物，糖蛋白（共價(jià)）、脂蛋白（非共價(jià)）。（2）形態(tài)上分：球蛋白：長(zhǎng)/寬34，血紅蛋白；纖維蛋白：長(zhǎng)/寬>10，血纖蛋白、絲蛋白。（3）功能上分：酶、抗體、運(yùn)輸?shù)鞍?、激素等。?）理化性質(zhì)上分：HDL、VHDL、LDL、VLDL。（5）構(gòu)象上分：國(guó)際上有蛋白質(zhì)構(gòu)象庫(kù)。2.性質(zhì)（1）紫外吸收：280nm，貢獻(xiàn)者是Trp、Tyr、Phe，最主要的是Trp，核酸的紫外吸收峰在260nm。（2）兩性解離：有PI，不能計(jì)算，只能測(cè)定（等電聚焦）。等電點(diǎn)沉淀法：PI處蛋白質(zhì)的溶解度最低。（3）膠體性質(zhì)：大分子，多于51個(gè)氨基酸殘基，最小平均分子量為5000D；在水中能兩性解離故而帶電，又親水，所以是膠體，分散好。有電泳、布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾現(xiàn)象、不能通過(guò)半透膜等等典型的膠體性質(zhì)。（4）沉淀反應(yīng)：凡是能破壞水化膜以及能中和電荷的物質(zhì)均可使蛋白質(zhì)沉淀等電點(diǎn)沉淀：PH值，中和電荷鹽析：高濃度的鹽溶液使蛋白質(zhì)沉淀，離子中和電荷，如(NH4)2SO4鹽溶：低濃度的鹽溶液使蛋白質(zhì)溶解，蛋清的溶解。有機(jī)溶劑沉淀：降低溶液的介電常數(shù)。（5）蛋白質(zhì)變性：蛋白質(zhì)在某些外界因素的影響下，理化性質(zhì)改變、生物活性喪失的現(xiàn)象。這些因素包括熱、酸、堿、有機(jī)劑等。蛋白質(zhì)變性理論：吳憲，1931年提出。蛋白質(zhì)的功能直接由蛋白質(zhì)的構(gòu)象來(lái)決定，某些外界因素改變了蛋白質(zhì)的獨(dú)特構(gòu)象，因而使生物活性喪失。但不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)（即共價(jià)結(jié)構(gòu)）。蛋白質(zhì)的變性與水解是不同的。當(dāng)環(huán)境條件恢復(fù)時(shí)，蛋白質(zhì)的生物活性有可能也恢復(fù)，這就是蛋白質(zhì)的復(fù)性。這一理論在實(shí)踐中有很重要的指導(dǎo)意義，能夠解釋酶為什么有最適的PH和最適的溫度。（6）蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)：可以用來(lái)定量定性測(cè)定蛋白質(zhì)雙縮脲反應(yīng)：紅色，m540nm黃色反應(yīng)：與HNO3的反應(yīng)，生成硝基苯，呈黃色。皮膚遇到HNO3的情況，白黃橙黃。米倫氏反應(yīng)：與HgNO3或HgNO2的反應(yīng)，呈黃色，原理同上。與乙醛酸的反應(yīng)：紅色，Trp的吲哚基的特定反應(yīng)。坂口反應(yīng)：紅色，Arg的胍基的反應(yīng)。福林反應(yīng)：藍(lán)色，是Tyr的酚基與磷鉬酸和磷鎢酸的反應(yīng)。印三酮反應(yīng)：紫紅色Pauly反應(yīng)：櫻紅色，His的咪唑基。二、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)及其測(cè)定1.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次：1、2、超2、結(jié)構(gòu)域、3、42.一級(jí)結(jié)構(gòu)：即蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)，核心內(nèi)容就是氨基酸的排列順序，它的改變涉及到蛋白質(zhì)共價(jià)鍵的破壞和重建。一級(jí)結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)容包括：肽鏈的個(gè)數(shù)、氨基酸的順序、二硫鍵的位置、非氨基酸成分。3.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定間接法：通過(guò)測(cè)定蛋白質(zhì)之基因的核苷酸順序，用遺傳密碼來(lái)推斷氨基酸的順序。這是因?yàn)楹塑账岬臏y(cè)序比蛋白質(zhì)的測(cè)序工作要更方便、更準(zhǔn)確。直接法：用酶和特異性試劑直接作用于蛋白質(zhì)而測(cè)定出氨基酸順序。（1）第一步：前期準(zhǔn)備分離純化蛋白質(zhì)：純度要達(dá)到97以上才能分析準(zhǔn)確。蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定：滲透壓法、凝膠電泳法（聚丙烯酰胺、SDS）、凝膠過(guò)濾法、超離心法等。氨基酸組成的測(cè)定：氨基酸自動(dòng)分析儀。肽鏈拆分：非共價(jià)鍵的如氫鍵、離子鍵、疏水鍵、范德華力4種，可用尿素或鹽酸胍等有機(jī)溶液來(lái)拆分。共價(jià)鍵的僅二硫鍵1種，可用巰基乙醇、碘代乙酸、過(guò)甲酸來(lái)拆分。（2）第二步：肽鏈的端點(diǎn)測(cè)定N端測(cè)定：Sanger法，DNFBDNP-肽水解乙醚萃取層析鑒定 Edman法，PITCPTC-肽PTH-氨基酸層析鑒定C端測(cè)定：肼解法，P83，唯有C端氨基酸與眾不同，酰肼化合物與游離氨基酸，再通過(guò)Sanger法來(lái)鑒定。Asn、Gln、Cys、Arg將被肼破壞，不能分析。羧肽酶法：配合動(dòng)力學(xué)控制。羧肽酶A：Arg、Lys、Pro除外的氨基酸殘基羧肽酶B：僅Arg、Lys羧肽酶C：所有的氨基酸殘基（3）每條肽鏈氨基酸順序的測(cè)定：氨基酸順序自動(dòng)分析儀只能準(zhǔn)確測(cè)定50氨基酸以下的肽鏈，而一般的蛋白質(zhì)都含有100以上的氨基酸殘基，所以，事先要將蛋白質(zhì)打斷成多肽甚至寡肽，再上機(jī)分析，而且要2套以上，便于以后拼接。常用的工具酶和特異性試劑有：胰蛋白酶：僅作用于Arg、Lys的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。糜蛋白酶：僅作用于含苯環(huán)的氨基酸的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。 Trp、Tyr、PheCNBr：僅作用于Met的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。拼接：將2套多肽的氨基酸順序?qū)φ掌唇?，舉例：15698735125698452315 698735 125 69845 23 1569 873512569 84523（4）第四步：二硫鍵位置的確定：包括鏈內(nèi)和鏈間二硫鍵的位置，用對(duì)角線電泳來(lái)測(cè)。在肽鏈未拆分的情況下用胃蛋白酶水解之，可以得到被二硫鍵連著的多肽產(chǎn)物。先進(jìn)行第一向電泳，將產(chǎn)物分開(kāi)。再用過(guò)甲酸、碘代乙酸、巰基乙醇處理，將二硫鍵打斷。最后進(jìn)行第二向電泳，條件與第一向電泳完全相同。選取偏離對(duì)角線的樣品（多肽或寡肽），它們就是含二硫鍵的片段，上機(jī)測(cè)氨基酸順序，根據(jù)已測(cè)出的蛋白質(zhì)的氨基酸順序，把這些片段進(jìn)行定位，就能找到二硫鍵的位置。如下圖：4.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定的意義（1）分子進(jìn)化：將不同生物的同源蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，以人的為最高級(jí)，從而確定其它物種的進(jìn)化程度，也可以制成進(jìn)化樹(shù)，由于這是由數(shù)據(jù)決定的，因此比形態(tài)上確定的進(jìn)化更加科學(xué)和精確。（2）證明了一個(gè)理論，即蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，最終決定蛋白質(zhì)的功能。（3）疾病的分子生物學(xué)：鐮刀型貧血癥的內(nèi)因是血紅蛋白的6Val，正常的血紅蛋白的6Glu三、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)1.二級(jí)結(jié)構(gòu)概論（1）二級(jí)結(jié)構(gòu)的定義：肽鏈主干在空間的走向。主干指的是肽平面與-C構(gòu)成的鏈子，見(jiàn)P95。（2）二級(jí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容：空間走向以及維持這種走向的力量：氫鍵和R基團(tuán)的影響（離子鍵、疏水鍵、空間障礙等）（3）二級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述：角：肽平面繞N-C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度 角：肽平面繞C-C羧基單鍵旋轉(zhuǎn)的角度，見(jiàn)P95。至于+-方向的規(guī)定，0度角的規(guī)定太復(fù)雜，不作要求。這樣，一個(gè)肽平面的空間位置可以被2個(gè)二面角來(lái)確定，如果每個(gè)肽鏈的兩個(gè)二面角（,）都相同，則構(gòu)成了規(guī)則的空間走向，所以可以用（,）來(lái)描述肽鏈的二級(jí)結(jié)構(gòu)。2.二級(jí)結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)類型Pauling的貢獻(xiàn)，X光衍射法是研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的最好技術(shù)，羊毛蛋白和蠶絲蛋白，單調(diào)一致，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。（1）-右手螺旋-螺旋即像彈簧一樣的螺旋，有右手與左手之分，自然選擇蛋白質(zhì)的-螺旋為右手螺旋。示范。-右手螺旋的數(shù)據(jù)：每一圈含有3.6個(gè)氨基酸殘基（或肽平面），見(jiàn)P96的b，每一圈高5.4，即每一個(gè)氨基酸殘基上升1.5，旋轉(zhuǎn)了100度，2個(gè)二面角（,）（-570，-480）。維持-右手螺旋的力量是鏈內(nèi)氫鍵，它產(chǎn)生于一個(gè)肽平面的C=O與相鄰一圈的在空間上鄰近的另一個(gè)肽平面的N-H之間，見(jiàn)P96b，它的方向平行于螺旋軸，因此，-右手螺旋的外觀是個(gè)筒狀的簾子，見(jiàn)P96c。每個(gè)氫鍵串起的長(zhǎng)度為3.6個(gè)肽平面或3.6個(gè)氨基酸殘基，被氫鍵串起來(lái)的這個(gè)環(huán)上含有13個(gè)原子，故-右手螺旋也被稱為3.613螺旋。R基團(tuán)對(duì)-右手螺旋的影響：破壞者Pro，該處折斷，因?yàn)閬啺被荒苄纬蓺滏I；不穩(wěn)定者酸性、堿性、太大、太小：Glu、Asp、Arg、Lys、Gly、Ile。其它都是起穩(wěn)定作用的。分布：毛發(fā)中的-角蛋白，例如頭發(fā)中的-角蛋白。見(jiàn)沈同P155。（2）-折疊：肽鏈在空間的走向?yàn)殇忼X折疊狀，見(jiàn)P97。跟纖維素的相似。二面角（,）（-119，+113）。維持-折疊的力量：鏈間的氫鍵，它產(chǎn)生于一個(gè)肽平面的C=O與相鄰肽鏈的在空間上鄰近的另一個(gè)肽平面的N-H之間，見(jiàn)P98，兩條肽鏈上的肽平面互相平行，形成片層結(jié)構(gòu)。見(jiàn)P97。-折疊有平行式和反平行式兩種見(jiàn)P98。平行式：兩條鏈的走向相同；反平行式：兩條鏈的走向相反。反平行式的-折疊比平行式的更穩(wěn)定。一條肽鏈回折后就可形成兩條走向相反肽段，就可以形成反平行式的-折疊，-折疊不限于兩條肽鏈之間，多條肽鏈可以形成很寬的-折疊片層，片層與片層之間以范德華力相互作用，形成厚厚的墊子。-右手螺旋與-折疊相比更具彈性，不易拉斷，-折疊易拉斷，-右手螺旋經(jīng)加熱后可變成-折疊，長(zhǎng)度增加，毛衣越洗越長(zhǎng)也是這種變化。（3）左手螺旋：存在于膠原蛋白中，氨基酸殘基組成為（-Gly-Pro-Y-），Y為 HyPro或HyLys靠鏈間氫鍵和范德華力來(lái)維持。見(jiàn)沈同P158。（4）U型回折：也叫-轉(zhuǎn)角，肽鏈在某處回折1800所形成的結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)包括的長(zhǎng)度為4個(gè)氨基酸殘基，其中的第三個(gè)為Gly，穩(wěn)定該結(jié)構(gòu)的力量是第一和第四個(gè)氨基酸殘基之間形成的氫鍵。在黑板上演示。（5）310螺旋：是-右手螺旋的過(guò)渡形式，又廋又長(zhǎng)，每個(gè)氫鍵串起的長(zhǎng)度為3個(gè)肽平面或3.6個(gè)氨基酸殘基，被氫鍵串起來(lái)的這個(gè)環(huán)上含有10原子。（6）無(wú)規(guī)卷曲：無(wú)固定的走向，但也不是任意變動(dòng)的，它的2個(gè)二面角（,）有個(gè)變化范圍。從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上看-右手螺旋>-折疊> U型回折>無(wú)規(guī)卷曲，而從功能上看正好相反，酶與蛋白質(zhì)的活性中心通常由無(wú)規(guī)卷曲充當(dāng)，-右手螺旋和-折疊一般只起支持作用3.超二級(jí)結(jié)構(gòu)：空間相鄰的幾個(gè)2級(jí)結(jié)構(gòu)形成的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其類型有（1）左手超螺旋：3根-右手螺旋擰到一起形成一個(gè)左手超螺旋，如頭發(fā)中的角蛋白，見(jiàn)沈同P155。（2）右手超螺旋：3根左手螺旋擰到一起形成一個(gè)右手超螺旋，如膠原蛋白，見(jiàn)沈同P158。本教材P103有誤。（3）：相鄰的2根-右手螺旋擰到一起形成一個(gè)左手超螺旋，見(jiàn)P98。（4）：一個(gè)連接鏈連著2個(gè)折疊，平行式，這個(gè)連接鏈可以很長(zhǎng)。見(jiàn)P98。（5）：3段折疊和2段螺旋相間形成，見(jiàn)P98。（6）：以2段U-型回折連接著的3段折疊，反平行式。見(jiàn)P98。4.結(jié)構(gòu)域：長(zhǎng)肽鏈（多于150個(gè)氨基酸），在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過(guò)多次折疊，在空間上形成一些半獨(dú)立的球狀結(jié)構(gòu)，叫結(jié)構(gòu)域，它是三級(jí)結(jié)構(gòu)的一部分，結(jié)構(gòu)域之間靠無(wú)規(guī)卷曲連接。也就是說(shuō)將三級(jí)結(jié)構(gòu)拆開(kāi)后首先看到的結(jié)構(gòu)。草圖顯示。四、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)1.三級(jí)結(jié)構(gòu)：即蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)、構(gòu)象，指其中所有原子的空間排布，是結(jié)構(gòu)域再經(jīng)過(guò)卷曲和折疊后形成的。如果蛋白質(zhì)是單條肽鏈，則三級(jí)結(jié)構(gòu)就是它的最高級(jí)結(jié)構(gòu)，三級(jí)結(jié)構(gòu)由二硫鍵和次級(jí)鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力）維持。P99是肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)。2.四級(jí)結(jié)構(gòu)：多條肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力）形成的聚合體的結(jié)構(gòu)就是四級(jí)結(jié)構(gòu)，注意，由二硫鍵連接的幾條肽鏈不具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。每條肽鏈都有自己的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為亞基或亞單位，一般情況下，具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)含有的肽鏈不會(huì)太多，故稱這類蛋白質(zhì)為寡聚蛋白，如寡聚酶等。五、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能1.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（1）每一種蛋白質(zhì)都具有特定的結(jié)構(gòu)，也具有特定的功能。（2）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的功能。（3）蛋白質(zhì)的功能直接由其高級(jí)結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）決定。例子，蛋白質(zhì)的變性現(xiàn)象。（4）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)（構(gòu)象），因此，最終決定了蛋白質(zhì)的功能。例子，人工合成胰島素，A、B鏈分別合成，等比例混合后就有活性。而生物合成胰島素則是先合成一條長(zhǎng)肽鏈，形成正確的二硫鍵，而后再剪去中間的C肽才形成胰島素的。草圖顯示。2.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能實(shí)例（1）免疫球蛋白G：即抗體G，IgG（Immuno globe），由免疫細(xì)胞B分泌出的蛋白質(zhì)，可以特異的結(jié)合抗原并消滅之，這就是免疫反應(yīng)。IgG的一級(jí)結(jié)構(gòu)：四條肽鏈，2重2輕（L2H2），對(duì)稱排列，LHHL，有12條鏈內(nèi)二硫鍵，4條鏈間二硫鍵，見(jiàn)草圖。對(duì)其氨基酸的分析發(fā)現(xiàn)，IgG分為V區(qū)（可變區(qū)）和C區(qū)（恒定區(qū)）。二級(jí)結(jié)構(gòu)：幾乎全是折疊，由無(wú)規(guī)卷曲連接。結(jié)構(gòu)域：有12個(gè)球體，每個(gè)均被二硫鍵鎖住。三級(jí)結(jié)構(gòu)：T型和Y型，屬于球蛋白。沒(méi)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。IgG的功能：V區(qū)負(fù)責(zé)結(jié)合抗原，像鉗子一樣夾住抗原，體現(xiàn)了IgG的特異性，2價(jià)。C區(qū)負(fù)責(zé)結(jié)合補(bǔ)體（一種酶，可以水解抗原），也是2價(jià)，結(jié)合部位在寡糖鏈處的鉸鏈區(qū)。IgG的動(dòng)態(tài)作用過(guò)程用人體演示。（2）肌紅蛋白：Mb（Myoglobin），哺乳動(dòng)物的肌肉中儲(chǔ)存氧氣的蛋白質(zhì)，水生的哺乳動(dòng)物體內(nèi)尤為發(fā)達(dá)（如鯨魚(yú)），因此，它們可以憋氣很長(zhǎng)時(shí)間，研究用Mb一般由鯨魚(yú)提供。一級(jí)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)螚l肽鏈，153個(gè)氨基酸，其中的83個(gè)氨基酸為保守序列（即同源蛋白質(zhì)均相同，是決定功能的最重要序列），含有一分子血紅素輔基，見(jiàn)P104，其中保持Fe2+，血紅素通過(guò)Fe2+以配位鍵吊在肽鏈的His的咪唑基上，示意。O2將結(jié)合在Fe2+上。二級(jí)結(jié)構(gòu)：幾乎全是-右手螺旋，中間由無(wú)規(guī)卷曲和結(jié)來(lái)連接。三級(jí)結(jié)構(gòu)：扁平的菱形，見(jiàn)P99或沈同P172，屬于球蛋白。功能：儲(chǔ)存氧氣。其三級(jí)結(jié)構(gòu)在分子表面形成一個(gè)疏水的空穴，血紅素即藏在其中，該空穴允許O2進(jìn)入而拒絕水的進(jìn)入，保證了Fe2+結(jié)合O2而避免了Fe2+Fe3+。Mb結(jié)合氧氣的特征可以由氧合曲線來(lái)描述，見(jiàn)P104，為雙曲線形。其中的氧飽和度（飽和百分?jǐn)?shù)）為Mb O2/（Mb O2+ Mb），P O2為氧的分壓。從圖中可以看出，Mb傾向于結(jié)合氧氣而不愿意放出氧氣，所以它的功能是儲(chǔ)存氧氣，只有在P O2極低的時(shí)候（體內(nèi)缺氧的時(shí)候）它才釋放出氧氣。另外，C O可以與O2競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合Mb。（3）血紅蛋白：Hb（Hemoglobin），在人體中有三種，HbA，HbA 2，HbF（僅存于胎兒中），三者的結(jié)構(gòu)和功能大同小異，此處以HbA為例。一級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈，22。141，146，每條肽鏈都結(jié)合著一分子的血紅素，兩條鏈之間還夾著一分子DPG（二磷酸甘油酸），每條肽鏈都有保守序列。二級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同Mb, 幾乎全是-右手螺旋，中間由無(wú)規(guī)卷曲和結(jié)來(lái)連接。三級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同同Mb,扁平的菱形，見(jiàn)沈同P181，屬于球蛋白。四級(jí)結(jié)構(gòu)：4個(gè)亞基占據(jù)著4面體的4個(gè)角，鏈間以離子鍵結(jié)合，一條鏈與一條鏈形成二聚體，Hb可以看成是由2個(gè)二聚體組成的（）2，在二聚體內(nèi)結(jié)合緊密，在二聚體之間結(jié)合疏松。功能：運(yùn)輸氧氣，4價(jià)。其三級(jí)結(jié)構(gòu)在每個(gè)肽鏈的分子表面形成一個(gè)疏水的空穴，血紅素即藏在其中，該空穴允許O2進(jìn)入而拒絕水的進(jìn)入，保證了Fe2+結(jié)合O2而避免了Fe2+Fe3+。其氧合曲線見(jiàn)P104，為S形曲線，只有在PO2很高的情況下（在肺部）Hb才結(jié)合氧氣，而PO2一降低（在外周血管中），它就釋放O2，而此時(shí)的Mb卻紋絲不動(dòng)。就結(jié)合O2的能力而言，4價(jià)的Hb還不如1價(jià)的Mb。Hb的氧合曲線形狀與Mb不同是因?yàn)樗兄鳰b所不具有的一些特性，如：協(xié)同效應(yīng)：Hb分子中一條鏈結(jié)合O2后，可以導(dǎo)致其構(gòu)象的變化，使其它幾條鏈結(jié)合O2的結(jié)合能力突然增強(qiáng)，表現(xiàn)出其氧合曲線為S形曲線。對(duì)Hb協(xié)同效應(yīng)的解釋為：在沒(méi)有結(jié)合氧氣時(shí)，Hb的四條鏈之間結(jié)合緊密，這種構(gòu)象稱為T(mén)態(tài)，這種緊密是由離子鍵和DPG（位于2條鏈之間）造成的，屏蔽了分子表面疏水的空穴，使Hb分子結(jié)合O2的能力降低（游離的鏈和鏈結(jié)合氧氣的能力與Mb相同）。當(dāng)一條鏈結(jié)合了氧氣之后，鐵卟啉把His的咪唑基向下一扯，導(dǎo)致該肽鏈的三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（牽一發(fā)而動(dòng)全局），肽鏈之間的離子鍵被破壞，Hb的四級(jí)結(jié)構(gòu)也隨之改變，2個(gè)二聚體（）之間發(fā)生錯(cuò)位，擠出DPG，四級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變化，每條鏈表面疏水的空穴暴露在外，這種構(gòu)象稱為R態(tài)，結(jié)合氧氣的能力得以增強(qiáng)。別構(gòu)效應(yīng)：是某些寡聚蛋白質(zhì)特有的現(xiàn)象。是指蛋白質(zhì)與效應(yīng)物結(jié)合改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)的生物活性。Hb的活性中心：Hb每個(gè)亞基上血紅素存在的那個(gè)疏水空穴是結(jié)合氧氣的地方，稱之為活性中心，也叫活性部位。別構(gòu)中心：在Hb分子的其它地方還有結(jié)合效應(yīng)物的部位，如結(jié)合H+、CO2、DPG甚至O2，這些部位結(jié)合了效應(yīng)物之后，可以改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而影響到活性中心與氧氣的結(jié)合，這些部位就叫別構(gòu)中心?；钚灾行呐c別構(gòu)中心可以重合也可以不重合，在Hb中是不重合的。因此，別構(gòu)效應(yīng)可以說(shuō)成是別構(gòu)中心結(jié)合了效應(yīng)物之后影響了活性中心與氧氣的結(jié)合。協(xié)同效應(yīng)實(shí)際上就是一種別構(gòu)效應(yīng)。Mb只有活性中心沒(méi)有別構(gòu)中心，它的氧合曲線就是雙曲線形的。Hb的另一個(gè)別構(gòu)效應(yīng)是波爾效應(yīng)：H+和CO2對(duì)Hb與氧氣結(jié)合的影響。具體的影響見(jiàn)P105的方程式，敘述為H+和CO2促進(jìn)Hb釋放O2，這也解釋了Hb為什么在肺中吸氧排CO2,而在肌肉中吸CO2排氧。另外，DPG降低Hb與O2的結(jié)合能力。關(guān)于鐮刀形細(xì)胞貧血癥：紅細(xì)胞減少，只有正常人的1/2，無(wú)力，劇烈運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致死亡。Hbs與Hb在結(jié)合O2的能力方面并沒(méi)有區(qū)別，區(qū)別在于Hbs造成紅細(xì)胞溶血，溶血后的Hb不能像紅細(xì)胞中的Hb一樣正常運(yùn)輸O2。Hbs導(dǎo)致溶血的原因在于其6Val，正常的血紅蛋白的6Glu，紅細(xì)胞表面的Hbs由于疏水鍵而聚集，使細(xì)胞膜破裂。鐮刀形細(xì)胞貧血癥在非洲某些地區(qū)居然是自然選擇的結(jié)果，是與瘧疾抗?fàn)幍漠a(chǎn)物。瘧疾桿菌只能利用正常人的Hb，不能利用Hbs，所以Hbs者是不感染瘧疾的。在該地，Hbs純合子和正常人都經(jīng)不起自然選擇，只有Hbs雜合子存活了下來(lái)。布置本專題作業(yè)：1.用下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)某肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)：（1）完全酸水解后產(chǎn)生的氨基酸組成為：Ala、Arg、2Ser、Lys、Phe、Met、Pro（2）用DNFB處理并水解得到DNP-Ala和-DNP-Lys（3）羧肽酶A和B都對(duì)此肽不作用（4）用CNBr處理獲得2個(gè)片段，其中一個(gè)片段含有Pro、Trp、Ser（5）用糜蛋白酶作用產(chǎn)生3個(gè)片段，1個(gè)含有Pro、Ser；另1個(gè)含有Met、Trp；最后一個(gè)含有Phe、Lys、Ser、Ala、Arg（6）用胰蛋白酶處理產(chǎn)生3個(gè)片段，1個(gè)含有Ala、Arg；另1個(gè)含有Lys、Ser；最后一個(gè)含有Phe、Trp、Met、Ser、Pro2.根據(jù)書(shū)上P59給出的PK值，計(jì)算正常的二肽Glu-Lys以及Lys-Glu的PI值。第三專題核酸化學(xué)基本要求：掌握核酸的化學(xué)組成，基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及重要的理化性質(zhì)，熟悉核酸的生物學(xué)功能，了解核酸序列測(cè)定的方法。課時(shí)分配:4學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：前言：核酸是生命最重要的分子，最簡(jiǎn)單的生命僅含有核酸（病毒）。150億年宇宙蛋，50億年太陽(yáng)，46億年地球，無(wú)機(jī)有機(jī)生物大分子細(xì)胞。美國(guó)的Miller在做其PhD時(shí)，模擬40億年前地球的原始大氣條件，產(chǎn)生了氨基酸，見(jiàn)（B）P13，有了氨基酸當(dāng)然就會(huì)產(chǎn)生蛋白質(zhì)。但核苷酸何時(shí)產(chǎn)生？據(jù)估計(jì)也不少于40億年前，誰(shuí)先誰(shuí)后？1868年首次在繃帶上的膿細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)一種富含磷酸呈酸性又不溶于酸溶液的分子，命名為核素，其實(shí)是核蛋白，1898年從小牛的胸腺中提取了一種溶于堿性溶液中的純凈物，這才是真正的核酸，從此，對(duì)核酸的研究全面展開(kāi)，揭開(kāi)了生物化學(xué)領(lǐng)域驚天動(dòng)地的一頁(yè)。第一節(jié) 核酸的分子組成一、 基本分子組成對(duì)核酸的水解發(fā)現(xiàn)核酸酶 磷酸單酯酶 核苷酶（脫氧）核酸-（脫氧）核苷酸-磷酸+（脫氧）核苷-戊糖+堿基由上面可知，核酸的結(jié)構(gòu)單位是（脫氧）核苷酸，基本組成成分是磷酸、戊糖、堿基核酸共有2類，脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA。二、堿基的結(jié)構(gòu)基本堿基一共只有5種，從分子骨架上分將堿基分為嘌呤堿基和嘧啶堿基。1.嘌呤堿基：嘌呤（Pu）的結(jié)構(gòu)及編號(hào)：P130下A（腺嘌呤）的結(jié)構(gòu)：P130G（鳥(niǎo)嘌呤）的結(jié)構(gòu)：見(jiàn)草圖2.嘧啶（Py）堿基：嘧啶（Py）堿基的結(jié)構(gòu)及編號(hào)：新系統(tǒng)，P130上C（胞嘧啶）：氨基態(tài)，P131U（尿嘧啶）：酮式，P131T（胸腺嘧啶）：見(jiàn)草圖以上各具體堿基的結(jié)構(gòu)最好見(jiàn)（B）P61，結(jié)合圖來(lái)記憶。記憶口訣：先將嘌呤和嘧啶的結(jié)構(gòu)式記住，然后再記住下面口訣胸前一灘尿：U +一碳基團(tuán)（甲基） T尿里兩泡泡：嘧啶中有兩個(gè)OU上面一個(gè)是氨氣包：U靠上面的一個(gè)O換成-NH2就是C鳥(niǎo)兒張嘴吸氨氣：張嘴即O，嘌呤有O又有-NH2 A線兒將鳥(niǎo)嘴來(lái)系，注意換氣：系嘴即去掉O，G去掉O再把-NH2換個(gè)位置A三、核苷由戊糖和堿基形成的糖苷，見(jiàn)P132上，反式更穩(wěn)定，順式更好認(rèn)。仍用單字母表示，跟堿基的表示法相同，只是在脫氧時(shí)加d，如dA。糖苷鍵的鍵型均為-N型，不是- N型。解釋之。各種核苷的結(jié)構(gòu)均見(jiàn)P132，略。注意核苷中的戊糖的編號(hào)要加“”號(hào)，如2位。堿基中的編號(hào)不加“”號(hào)。有一種特殊的核苷叫假尿苷，糖苷鍵的鍵型均為-C型，見(jiàn)P134右。四、核苷酸核苷與磷酸形成的酯。磷酸出羧基，戊糖出羥基。1.戊糖有2、3、5位自由-OH，因此可以形成2、3、5-核苷酸，其中5-核苷酸為默認(rèn)的核苷酸。見(jiàn)133上。2.磷酸的個(gè)數(shù)可以有1、2、3，這是指TP、DP、MP與核苷形成的酯，見(jiàn)P133下。表示為NMP、NDP、NTP，脫氧時(shí)加“d”，如ATP、dATP。3.可以形成環(huán)狀的核苷酸：一個(gè)磷酸以二個(gè)羧基與戊糖上的兩個(gè)-OH形成酯，見(jiàn)P134，稱為磷酸二酯鍵，這種鍵可以處在3、5之間（默認(rèn)的環(huán)核苷酸），也可以處在2、3之間，沒(méi)有處在2、5之間的。表示為c，如cAMP環(huán)腺苷酸，dcAMP。所以遇到核苷酸時(shí)要注意是否脫氧，有幾個(gè)磷酸，是否成環(huán)。核苷酸的性質(zhì)：是兩性電解質(zhì)，有PI；紫外吸收峰為260nm，是堿基造成的。蛋白質(zhì)為280nm。第二節(jié) 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸核酸就是多聚核苷酸：是磷酸通過(guò)3、5磷酸二酯鍵將核苷連接起來(lái)的長(zhǎng)鏈，見(jiàn)P138。其一端點(diǎn)的核苷酸的5-OH沒(méi)有參與3、5磷酸二酯鍵的形成，也就是說(shuō)有游離的5-OH，這一端點(diǎn)叫5端，反之另一端就是3端。這樣核酸的寫(xiě)法就具有方向，5 3或 3 5，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的書(shū)寫(xiě)方法是5 3，如確有必要寫(xiě)成3 5則需專門(mén)注明。如果核酸的兩端也被磷酸二酯鍵連起來(lái)了，則無(wú)端點(diǎn)，但仍有方向。二、核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法書(shū)寫(xiě)的方向5 3完整結(jié)構(gòu)表示法：見(jiàn)P138線條式縮寫(xiě)法：見(jiàn)P138，堿基、磷酸、戊糖以及酯鍵的位置都很清楚。字母式縮寫(xiě)法：見(jiàn)P138，堿基、磷酸位置清楚，戊糖以及酯鍵的位置略掉。三、一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定常用的工具酶一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定常用的工具酶的種類和酶切部位特點(diǎn)參見(jiàn)教材140-141。第三節(jié) 核酸的空間結(jié)構(gòu)一、 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1 二級(jí)結(jié)構(gòu)的依據(jù)（1）對(duì)DNA分子結(jié)晶的X衍射數(shù)據(jù)：由Franklin和Wilkins提供，來(lái)源不同的DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)非常相似。前者早逝，后者與Watson、Creck分享了諾貝爾獎(jiǎng)。（2）Chargaff規(guī)則：A與T、G與C在任何DNA分子中的摩爾數(shù)都相等。（3）DNA是遺傳物質(zhì)，能夠自我復(fù)制。（4）大量的電位滴定（探測(cè)H鍵的方法）和其它物化數(shù)據(jù)2Watson-Creck的DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)模型（B-DNA，線狀DNA，自然選擇）:美國(guó)Watson、英國(guó)Creck在1953/5的Nature上合作了一篇文專題，第一次科學(xué)的提出了DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)總結(jié)如下：（1）DNA分子是由2條互相纏繞的多聚脫氧核苷酸鏈組成（簡(jiǎn)稱2條DNA單鏈），反向平行（一條鏈為5 3，另一條鏈為 3 5），空間走向?yàn)橛沂致菪?，有一個(gè)假想的螺旋軸（見(jiàn)自制模型，手指）。P157（2）2條鏈靠鏈間的H鍵結(jié)合，H鍵的產(chǎn)生符合堿基配對(duì)原則：AT，GC，P157，由電鏡照片為證。右手螺旋的